Ein Team von Physiker_innen der Universität Freiburg hat ein Patent für ein Fluoreszenzmikroskop angemeldet, das mit einem einfachen Smartphone betrieben werden kann. Dieses sehr erschwingliche und handliche Tool ermöglicht unter anderem schnelle medizinische Tests – auch ausserhalb von Spitälern.

Das Fluoreszenzmikroskop, vor über einem Jahrhundert erfunden, hat sich als unverzichtbares Werkzeug in Biologie und Medizin etabliert. Es erlaubt, lebende Zellen in Echtzeit sichtbar zu machen, das Gehirn zu kartieren oder Krankheiten wie Krebs und Alzheimer zu untersuchen. Herkömmliche Fluoreszenzmikroskope haben jedoch mehrere Nachteile: Sie sind schwer und unhandlich, benötigen eine zuverlässige Stromversorgung und reagieren empfindlich auf Staub und Feuchtigkeit. Das erschwert ihren Einsatz im Feld oder durch nicht geschultes Personal.

Die Leistungsfähigkeit von Smartphones
Um Fluoreszenzmikroskope für alle zugänglich zu machen, hatte Guillermo Pedro Acuna, Professor am Departement für Physik der Universität Freiburg, die Idee, die Vielseitigkeit von Smartphones zu nutzen. «Diese bieten mehrere Vorteile», erklärt der Spezialist, «sie werden in Serie hergestellt und sind daher kostengünstig, verfügen über hervorragende Bildsensoren und eine hohe Rechenleistung.» Dank dieser Eigenschaften werden Smartphones zunehmend in der Medizin eingesetzt – etwa zur Gesundheitsüberwachung oder für schnelle Diagnosen vor Ort, ohne dass ein Labor aufgesucht werden muss.

Ein hochpräzises Taschenmikroskop
Nach demselben Prinzip gibt es bereits seit rund zehn Jahren Fluoreszenzmikroskope, die mit Smartphones gekoppelt werden können. Ihre Empfindlichkeit wurde zwar stetig verbessert, doch bislang war es nicht möglich, einzelne Moleküle zu erkennen. Um diese «Kurzsichtigkeit» zu beheben, hatte Morgane Loretan, Doktorandin in der Gruppe von Prof. Acuna, die Idee, eine Technik der Superauflösungsmikroskopie zu nutzen, mit der sich einzelne Moleküle präzise lokalisieren lassen.

«Mit dieser Methode konnten wir Bilder mit einer Lokalisierungsgenauigkeit von 86 Nanometern – also 0,000086 Millimetern – erzeugen, was einer elffach höheren Auflösung entspricht», freut sich die Forscherin, die für diese Arbeit mit dem Preis Innovation Challenge 2023 ausgezeichnet wurde. Die Ergebnisse der Studie erschienen in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten
Das Beste daran: Dieses geniale Gerät existiert bereits – nicht nur auf dem Papier. Den Freiburger Forschenden ist es gelungen, ihr Fluoreszenzmikroskop kompakt zu gestalten: Es wiegt nur 1,2 Kilogramm und ist kaum grösser als ein Schuhkarton. Das Gerät ist einfach zu bedienen, kostengünstig (unter 350 Euro) und lässt sich an jedes Smartphone mit Kamera anschliessen.

«Um nur ein Beispiel zu nennen: Mit unserem Mikroskop kann ein_e Ärzt_in sehr schnell feststellen, ob die Symptome der Patient_innen durch Bakterien oder Viren verursacht werden», erklärt Morgane Loretan. «So liesse sich der unnötige Einsatz von Antibiotika vermeiden.»

Doch die Anwendungsmöglichkeiten gehen weit darüber hinaus: Das Team geht davon aus, dass das Freiburger Fluoreszenzmikroskop auch zur Analyse von Krebszellen, zur Beobachtung frischer Gewebeproben oder zur Messung gefährlicher Substanzen in der Umwelt eingesetzt werden kann.

Medizinische Diagnostik überall
Nicht zuletzt können diese Tests dank der Nutzung von Smartphones überall durchgeführt werden – auch ohne medizinische Infrastruktur. Die Ergebnisse lassen sich anschliessend an entfernte Server übermitteln und mit leistungsstarken Tools wie künstlicher Intelligenz auswerten.

«Das könnte die medizinische Diagnostik und Prävention revolutionieren – indem sie schneller, verlässlicher und für viele Menschen gleichzeitig zugänglich wird», schliessen die Autor_innen der Studie.

Loretan, M., Barella, M., Fuchs, N. et al. Direct single-molecule detection and super-resolution imaging with a low-cost portable smartphone-based microscope. Nat Commun 16, 8937 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63993-z